Биологи обнаружили у растений ранее неизвестный механизм солеустойчивости

Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) обнаружили у растений механизм адаптации к соли, который облегчает удаление хлоридов из корней и повышает устойчивость к засолению. Работа опубликована в журнале Природные коммуникации.

Засоление почвы является одним из наиболее пагубных факторов экологического стресса, а повышенное засоление представляет собой растущую проблему для растениеводства и отрицательно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур во всем мире. Избыточное накопление растворимых солей, особенно хлорида натрия (NaCl), в корневой зоне сильно затрудняет рост растений, снижая продуктивность сельскохозяйственных культур. Хотя хлорид-ионы (Cl^–) являются важными питательными веществами для растений в низких концентрациях, их избыточное накопление токсично для растительных клеток.

Растения выработали различные стратегии, чтобы справиться с такими стрессами окружающей среды, используя различные каналы и транспортеры для поддержания ионного баланса (ионного гомеостаза) в своих клетках. Несмотря на лучшее понимание гомеостаза ионов натрия при солевом стрессе, удаление ионов хлорида еще недостаточно изучено.

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа под руководством профессора Пракаша Кумара из факультета биологических наук НУС обнаружила новый механизм адаптации растений к солевому стрессу, включающий индуцированную NaCl транслокацию специфического белка хлоридных каналов AtCLCf.

Их работа показала, что белок AtCLCf вырабатывается и хранится в эндомембранной системе (аппарате Гольджи) при нормальных условиях роста. Когда клетки корня обрабатываются солью, AtCLCf перемещается на плазматическую мембрану (ПМ), где помогает удалить избыток ионов хлорида. Это представляет собой новый механизм повышения устойчивости растений к засолению.

Исследование проводится в сотрудничестве с доктором Иржи Фримлом из Института науки и технологий, Австрия, и профессором Сюй Цзянем из Университета Радбауд, Нидерланды.

Исследование также выявило фактор транскрипции AtWRKY9, который напрямую регулирует экспрессию гена AtCLCf, когда растение находится в состоянии солевого стресса.

NaCl заставляет белок AtCLCf перемещаться изнутри клетки (Гольджи) на поверхность клетки с помощью другого белка, называемого AtRABA1b/BEX5. Если это движение блокируется ингибитором (брефелдин-А) или модификацией гена BEX5, это приводит к высокой чувствительности растений к соли.

Трансгенные растения, сконструированные для производства дополнительного гена AtCLCf, показали повышенную солеустойчивость у мутантных форм растений Arabidopsis, лишенных гена CLCf. В совокупности эти результаты доказали, что AtCLCf участвует в удалении избыточных ионов хлорида из тканей корня, повышая солеустойчивость растений.

Чтобы понять, как AtCLCf функционирует в растительных клетках, исследователи использовали несколько методов, таких как флуориметрическое измерение липосом, содержащих рекомбинантный белок AtCLCf и чувствительный к хлорид-ионам краситель, а также электрофизиологические исследования (пэтч-кламп). Эти исследования показали, что AtCLCf работает как насос, который заменяет ионы хлорида ионами водорода, помогая удалять избыток ионов хлорида из клеток.

Профессор Кумар сказал: «Это представляет собой важный и ранее неизвестный механизм солеустойчивости растений Arabidopsis. Эти знания могут быть использованы для улучшения солеустойчивости сельскохозяйственных растений в будущем».